Еволюція транзисторів від плоских фет до MBCFETS ™

Процес виробництва чіпів перемістився від рівня Micron до епохи 2 нм, і транзисторна архітектура зазнала чотирьох ключових еволюцій від планарного FET до MBCFET ™. Це не просто зміна форми, це виклик для меж фізики. Від планарних транзисторів до MBCFETS ™, які фізичні вузькі місця були вирішені кожною еволюцією архітектури?

Оригінальні плоскі фети були двовимірними планарними структурами, також відомими як планарні польові транзистори. Його структура проста: електронний канал "лежить" на поверхні кремнієвої пластини, в той час як ворота накриваються над каналом, а весь потік струму здійснюється горизонтально на поверхні пластини.

0020-27113 Затишене кільце 6 SMF TI

Цей дизайн народився в 60 -х роках минулого століття і швидко став мейнстрім. Це було основою першого покоління LSIS і виступило дуже добре і було дуже зрілим у виробництві на вузлах процесів вище 90 нанометрів. Але проблема виникає після того, як процес продовжує зменшуватися. Особливо нижче 28 нанометрів ефект короткого каналу починає посилюватися, контроль воріт на канал стає слабшим і слабшим, а транзистор схожий на "чистий кран", і струм витоку продовжує зростати. Результат: більш високе споживання електроенергії, збільшення виробництва тепла та все більш серйозні вузькі місця продуктивності.

0021-12887 8 "Крамп затискання

Так, у 2011 році Intel взяв на себе лідерство у впровадженні наступного покоління архітектури транзистора, Finfet, також відомого як транзистор польового ефекту FIN. Його структура схожа на плавники риби, звідси і назва Finfet.

Ви можете подумати про це як перетворення електронного каналу, який звик "лежати на землі" у плавник, і ворота вже не просто покриває верх, але обгортає канал з обох боків або навіть трьох сторін.

Ця тривимірна структура, яка використовує 3D-структуру, що нагадує FIN, для збільшення контактної зони, значно підвищує здатність воріт контролювати електрони. Результат: менше витоку, менше енергоспоживання, здатність до скорочення транзисторів, і закон Мура триває.

Але Finfets не без їх обмежень. Коли процес наближався до 5 нм, він також потрапив у вузьке місце. Найголовніше - це те, що ширина плавника фіксується і не може бути гнучко відрегульована. Однак, коли ми намагалися зробити плавники тоншими та меншими для розміщення більш просунутих процесів, виробничі труднощі різко зросли, а прибутковість, надійність та послідовність почали оскаржуватись. Іншими словами, "плавники" плавників стали занадто тонкими і крихкими, щоб протистояти складності майбутнього масштабу нанорозмірних масштабів.

Тому в цьому контексті Gaafet виникла. Найбільша різниця з Finfets полягає в тому, що Gaafet перетворює канал на дуже тонкий нанопровід, а потім має ворота повністю обернути його з усіх чотирьох сторін - вгорі, внизу, ліворуч і вправо. Таким чином, ворота має більш сильну здатність контролювати струм, і досягається майже 360 градусів контролю електричного поля без мертвих кутів. Це дозволяє транзистору "вимкнути" навіть на меншому розмірі, різко зменшуючи струм витоку, що робить його ідеальним для вузлів процесу суб-5 Нм.

Однак, хоча "нанопроводи" Gaafet добре контролюються, вони також занадто тонкі і мають слабку здатність проходити струм, що не сприяє поточному приводу високопродуктивних мікросхем, що обмежує його продуктивність у деяких високочастотних або високопоставлених сценаріях.

Як результат, було запропоновано нове покоління структур-MBCFETS ™, також відомий як транзистори з мульти мостових каналів.

Основна ідея полягає в тому, щоб "вирівняти" нанопроводи в шари "наношетів", а потім скласти їх горизонтально, щоб утворити кілька каналів, таких як будівельні блоки. Кожен шар наношетів оточений воротами, який не тільки зберігає сильну здатність до контролю GAA, але й додатково покращує провідність та приводний струм.

Більше того, ширина каналу MBCFETS ™ регулюється, що забезпечує гнучкі компроміси між продуктивністю та споживанням електроенергії на основі потреб дизайну, що неможливо з Finfets.